化工原理课程设计-§5.塔结构设计及零部件选取

化工原理课程设计第1页共20页§5.塔结构设计及零部件选取§5.1塔径计算气相密度ρV=P顶×M/(R×T顶)=0.016×126.587×106×10-3/8.3143×(98.9304+273.15)=0.6547kg/m3 P顶=120mmHg=0.016MPaT顶KM平均分子量2.CY型填料的泛点当量气速WLF=2.2m/s在操作条件下75%液泛时气速:WG=0.75×WLF×(1.2/ρV)0.5=0.75×2.2×√1.2/0.6547=2.2338m/s3.最佳动能因子F=WG×(ρV)0.5=2.2338×√0.6547=1.80744.塔径计算DT=0.053《化学工程手册》第13篇=0.3893mV塔顶蒸汽摩尔流率，kmol/h;M塔顶混合蒸汽分子量；T塔顶温度，K;P塔顶压力，mmHg。若计算得DT=0.3893m,要圆整，可取Φ530×9的无缝钢管，也可用9mm钢板卷制成内径为塔处理能力校核V’=(DT/DT)2×V=(0.5/0.3893)2×4.9228=8.12kmol/h§5.2填料层及塔节分段、塔的总高度HETP=5块/m填料精馏段高度：精馏段理论板数N1=35块35/5=7m分3个塔节，3个塔节都为3000mm，其中2500mm为填料层，500mm为液体再分布器等。此时，精馏段为9000mm。提馏段高度：提馏段有N2=11块11/5=2.2m分两个塔节，其中每个塔节为1800mm，其中1400mm为填料层，400mm为液体再分布器等。此时，提馏段为3600mm。③塔的顶部空间（指塔顶第一层塔盘到塔顶封头切线的距离）：塔顶封头为100mm，为了减少塔顶出气口气体的夹带的液体量，顶部空间取1500mm。顶部装有液体分布器和除沫器。④进料空间为了调节进料管的进料位置，用3个进料口，在每个进料口下面加一个500mm的填料，在每个填料上方都加喷淋装置使液体分布均匀，进料口高度为200mm。此时，进料空间为2100mm。⑤塔的底部空间高度由于釜液需停留时间h>（15%×h填料）=0.15×11.9=1.785m取h=2500mm⑥支柱高度塔底由裙座支撑∵H/DN=18.5/0.4>25∴选用圆形座圈2000mm⑦塔高H=9000+3600+1500+2100+2500+2000=20500=20.7m§5.3筒体厚度和封头厚度筒体：DT=500mm<800mm，采用单面自动焊或手工焊并作局部透视，取Φ=0.85。选取9mm，Q235-A钢板作外压校核计算，负偏差C1=0.8mm，腐蚀余量CC=C1+C2=1.δe=δn-C=9-1.8=7.2L=20500-2000-200+（2/3）×100=18283.33mmD0=Di+2δe=500+2×7.2=514.4L/D0=18283.33/514.4=35.543D0/δe=514.4/7.2=71.44查图（《化工设备机械基础》）A=0.00012∵t=98.9304℃〈150℃∴E=2.00×105Pa[P]=2EAδe/3Do=2×2.00×105×0.00012×7.2/3×514.4=0.224MPa>0.1MPa∴选用材料为Q235-A，厚度为9mm封头为了和筒体配合，选用Q235-A，9mmδe=7.2对于标准椭圆形封头，取R=0.9Di=0.9×500=45A=0.125δe/R=0.125×7.2/450=0.002查图得B=135MPa[P]=Bδe/R=135×7.2/450=2.16MPa〉〉0.1MPa∴用9mm钢板冲压封头，封头深度为100mm§5.4塔体结构设计1．塔体结构①筒体制造：选用Q235-A，厚度为9mm②法兰选用：P≤1.6MPa，T≤300℃，选用甲型平焊法兰JB4701-922．填料层及塔节分段螺柱：M1620个垫片：耐油石棉橡胶板外径D=439mm，内径d=403mm，厚度δ=3mm。③封头选用：选用椭圆形封头Dg500×9，JB1154-73公称直径Dg曲面高度M直边高度h内表面积F厚度mm500125250.2239§5.5零部件选取接管口选取eq\o\ac(○,1)塔顶蒸汽管出口n=(4.9228×103)/3600=1.3674mol/s体积V=nRT/P=1.3674×8.3143×(98.9304+273.15)/0.016×106=0.2644取u=20d===0.1298m=129.8mma．选用普通无缝钢管[2](YB231-70)DN=150mmD外=159mmδ=4.5mmL=200mmm=3.4053Kgb.选用板式平焊法兰[3]HGJ45-91如前图D=265mmK=225mmL=18mmn=8六角头螺栓、螺柱Th=M16螺栓l=70螺柱l=90密封面d=202mmf1=3mmB=161mm法兰及法兰盖厚度20mmc.选用橡胶石棉垫片[4]外径202mm内径159mm厚度2mmeq\o\ac(○,2)进料管：以第36块板为进料板已知进料温度：tF=103.9726查前表得：ρOCT100℃=1.007g/cm3ρOCT110℃=0.9977g/cm3ρOCT=[(0.9977-1.007)/(110-100)]×(103.9726-100)+1.007=1.0033g/ρPCT100℃=0.9963g/cmρPCT110℃=0.9870ρPCT=[(0.9870-0.9963)/10]×(103.9726-100)+0.9963=0.9926gρm=ρOCTxf+ρPCT(1-xf)=1.0033×0.3+0.9926×0.7=0.99581g/cm3=995.81kgF=(FM)/ρm=(0.9875×126.587)/(995.81×3600)=3.487×10-5取u=1m/sdF===6.665×10-3=6.6a选用普通无缝钢管[2]（YB231-70）DN=10mmD外=14mmδ=3b选用板式平焊法兰[3]HGJ45-91法兰外径D=75mm螺栓孔中心圆直径K=螺栓孔直径L=11mm六角头螺栓、螺柱、螺纹Th=M10螺栓长度l=45螺柱长度l=45密封面突面d=35mm突出高度f1=2mm法兰及法兰盖高度为12c选用石棉胶板垫片[4]（HGJ69-91）外径35mm内径14eq\o\ac(○,3)回流液体管Tl=98.9304℃ρOCT,100℃=1.007g/cm3ρOCT,90ρOCT=[(1.017-1.007)/10]×(98.9304-90)+1.017=1.0081gρPCT,100℃=0.9963g/cm3ρPCT,90℃ρPCT=[(1.006-0.9963)/10]×(98.9304-90)+1.006=0.9973gρm=ρOCTxD+ρPCT(1-xD)=1.0081×0.75+0.9973×0.25=1.0054gL=ML’/ρ×103×3600=(126.587×4.7301)/(1.0054×103×3600)=1.6543×10-4D===1.45×10-2m=a选用普通无缝钢管[2](YB231-70)DN=15mmD外=18mmδ=3b选用板式平焊法兰[3]HGJ45-91如前图D=80mmK=55mm六角头螺栓、螺柱Th=M10螺栓l=45mm螺柱密封面d=40mmf1=2mmc选用橡胶石棉垫片[4]D外=40mmD内=18eq\o\ac(○,4)塔底出料管TB=105.4752℃ρOCT100℃=1.007g/cm3ρOCT110℃=ρOCT=[(0.9977-1.007)/10]×(105.4752-100)+1.007=1.0019gρPCT100℃=0.9963g/cm3ρPCT110℃=ρPCT=[(0.9870-0.9963)/10]×(105.4752-100)+0.9963=0.9912g/cm3ρm=ρOCTxw+ρPCT(1-xw)=1.0019×0.2+0.9912×0.8=0.9933g/cm3W=Mω/3600×ρm×103=(126.587×0.8079)/(3600×0.9933×103)=2.8600×10-5md===6.036×10-3m=a选用普通无缝钢管[2](YB231-70)DN=10mmD外=14mmδ=3b选用板式平焊法兰[3]HGJ45-91D=75mmK=50mmL=11六角头螺栓、螺柱、螺纹Th=M10螺栓l=45mm螺柱l=密封面d=35mmf1=2mmB=c选用橡胶石棉垫片[4](HGJ69-91)D外=35mmD内=14mmeq\o\ac(○,5)塔釜蒸汽进口管P底=143mmHg=1.9067×105PaN’=V’/3600=V/3600=1.3674V=n’RT/P=[1.3674×8.3143×(105.4752+273.15)]/1.9067×104=0.2258u=20d==)=0.1199m=a.选用普通无缝钢管[2](YB231-70)DN=125mmD外=133mmδ=4mmb.选用板式平焊法兰[3]HGJ45-91D=240mmK=200mmL=六角头螺柱、螺栓、螺纹Th=M16螺栓l=70螺柱l=90密封d=178mmf1=3法兰及法兰盖厚度为20c.选用橡胶石棉垫片[4](HGJ69-91)D外=178mmD内=133mm2.其它①液体分布装置（回流，进料）回流液体分布器本设计选用莲蓬头喷洒器，莲蓬头一般用于直径在600mm以下的小型填料塔，其安装位置与填料层上表面的距离，通常为（0.5~1）DN。本设计莲蓬头安装在与填料层上表面的距离为300mm处。莲蓬头直径d=0.25DN=100mm喷洒半角α=40小孔直径Φ=6mm弯曲直径R=2.5D回流管外=2.5×18=4.5mm进料液体分布器[3]本设计采用直管多孔式喷洒器。孔径Φ=5mm，共2排。小孔面积之和约与管截面积相等，小孔数n=d2/de2=102/52=4个②液体再分布装置[3]当液体沿填料层由上向下流动时，常拌有液体在填料层内由中心向四周的横向流动发生，结果使得靠近塔壁的区域液体流量增大，而在塔的中心区域液体流量减少，为使流向塔壁的液体能重新流回塔中心部位，一般在流体流过一定高度的填料层装置一个液体再分布器。本设计选用分配锥，分配锥结构简单，它是小型填料塔（如直径小于1m）上常用的一种液体再分布器。其典型结构如下图：D1===335mmH=0.2Dn=0.2×400=80mm锥厚δ=4mm③栅板及支承圈[3]DN=400〈500mm采用整块式栅板塔径栅板支承装置允许装填填料高度DNRt×sh支承圈宽×厚40019930×62530×410DN④丝网除沫器[4]丝网除沫器用于分离塔体中气体夹带的液漏，用以保证传质效率，还可减少板间距。t=98.9304℃ρL=1.0054g/cm3ρV=0.6547kg/m3k=0.116v==0.116*0.8√(1.0054*103-0.6547)/0.6547=3.6354m/sQ=MV/(ρv×3600)=126.587×3.6354/(0.6547×3600)=0.1953d=√4Q/пv=√4×0.1953/(3.14×3.6354)=0.2采用不锈钢丝网1Cr18Ni9TiHG5-1406-81-50H=150mm规格为140-400型金属丝0.1×0.4mm§6.辅助设备选用1.进料预热器2.全凝器冷却水用量W水=3277.61160kg考虑到10%的热损失，取冷却水用量W水‘=W(1+10%)=3277.61160×1.1=360K=200kcal/(m2·h·℃)=836kJ/((m2·h·℃)tm=[(98.9304-20)-(98.9304-40)]/ln[(98.9304-20)/(98.9304-40)]=68.444Ac=Qc/K△tm=27.391*104/(836×68.444)=4.78选用重力回